激光测距 (LiDAR) 是一种广泛应用的感知技术，利用硅光子学的最新进展，该技术正在迅速发展。LiDAR 在机器人技术、空间测绘和 AR/VR 应用中无处不在，并在 2000 年代初作为城市环境中自动驾驶汽车的关键推动者而受到欢迎，DARPA 重大挑战强调了这一目标。2000 年初广泛采用的飞行时间传感器测量反射脉冲的到达时间，依赖于现有的传统 900 nm 二极管激光器和硅探测器。另一种类型的 LiDAR 是调频连续波 (FMCW) LiDAR ，它将物体的距离和速度映射到频率。该方法是相干雷达的光学模拟，利用光学自外差检测从目标及其副本(用作本地振荡器(LO))反射的频率啁啾连续波光。与飞行时间方法相比，相干测距允许通过多普勒频移进行瞬时速度测量、通过具有足够本振功率的外差检测实现量子噪声限制检测、低平均功率下的人眼安全操作、不受环境光影响源和低带宽接收器电子设备(数百兆赫兹)能够提供厘米级分辨率，主要取决于发射的线性调频脉冲的频率偏移。
然而，尤其是调频连续波激光雷达，需要多个构建模块，包括捷变频激光器、驱动电子器件、扫描光学器件、无源元件(光栅耦合器、开关网络)和探测器。最近的各种工作尝试在芯片上集成相干激光雷达组件。展示了具有集成探测器、波形校准和开关网络的硅光子电路，用于无源光束扫描，能够在 5 mW 输出功率下实现 60 m 相干测距。最近的许多工作采用光学相控阵(OPA)技术来实现2D无源扫描。展示了近厘米级的 OPA 孔径，具有 8192 个元件，达到 100 × 17 视野。开发了硅芯片上的焦平面阵列 (FPA) 3D LiDAR，具有 512 像素相干接收器阵列的光子电子单片集成1。张等人报道了采用可切换 MEMS 光栅天线的进一步大规模 FPA 像素。
上述方法与CMOS兼容，可以与其他无源或有源光学元件集成，并且是可扩展的，即支持像素数量和视场的进一步增加。然而，这些先前的演示均使用通过光纤耦合的外部激光器、现成的驱动电子设备以及用于信号或反射放大的基于体光纤的掺铒放大器以及体调制器- 显着复合全面整合。完全集成的 FMCW 激光雷达将需要解决剩余的集成问题，并用基于光子集成电路的对应模块替换这些构建模块。Isaac 等人解决了分立外部元件的问题。在InP平台上制造了集成收发器模块13，但没有执行相干测距功能。参考号展示了芯片上完全集成的相干激光雷达，尽管它仅限于单像素成像。
在这里，我们向完全光子电子集成激光雷达迈出了一步，推出了集成激光器、高压任意波形发生器 (HV-AWG) 专用集成电路 (ASIC) 和芯片级掺铒波导放大器 (EDWA) ) - 集成 LiDAR 源的关键组件 - 全部采用代工厂兼容的晶圆规模制造技术制造。使用这些基于光子集成电路的组件，我们演示了 10 m 范围内的厘米级精度。集成激光器、HV-AWG ASIC 和芯片级铒放大器的组合构成了强大的相干 LiDAR 源，可应用于现有的硅成像 3D 传感器,并为完全集成的相干激光雷达系统铺平道路。
